Simulador solar colimado para paneles fotovoltaicos curvos

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Para abordar el reto de caracterizar los sistemas fotovoltaicos integrados en vehículos (VIPV) curvos y tridimensionales, científicos de la Universidad Politécnica de Madrid desarrollaron los principios de diseño y los requisitos de configuración de un simulador solar.

“Nos planteamos la producción comercial en el futuro”, declaró a la revista pv el autor correspondiente, Guido Vallerotto. “De momento, seguimos mejorando varios aspectos del simulador. La versión que utilizamos para la caracterización en el artículo no está lista para su comercialización, aunque prácticamente es totalmente operativa y funciona.”

En una prueba de un módulo con un radio de curvatura de 1 metro, el equipo de investigación comprobó que las mediciones de la corriente de cortocircuito de las células de su simulador solar seguían la respuesta coseno ideal de la curvatura con diferencias inferiores al 0,5%.

También comprobó que una fuente de luz no colimada, utilizada habitualmente en los simuladores solares convencionales para módulos planos, presentaba un aumento de la falta de uniformidad de entre el 2% y el 20%, dependiendo del módulo. Según los investigadores, la falta de uniformidad intrínseca bajo irradiación normal causada por la forma curva se potencia cuando se ilumina con una fuente de luz no colimada.

Los investigadores probaron su solución de simulador solar en un panel plano y tres módulos curvos, con radios de curvatura de 3 m, 2 m y 1 m, respectivamente. Los módulos estaban equipados con 32 células de envoltura metálica (MWT) con ocho cadenas de 4 células. Cada cadena se midió de forma independiente y se comparó con la respuesta coseno esperada.

El equipo definió la ubicación de la fuente de luz, el tipo de fuente y la duración de los pulsos. Eligieron un simulador solar Helios 3198, desarrollado originalmente para caracterizar concentradores fotovoltaicos (CPV), y lo adaptaron a su diseño propuesto. La fuente de alimentación de los pulsos de luz y la electrónica se modificaron para adaptarlas a la respuesta temporal más lenta de las células de silicio convencionales.

La configuración incluía un túnel negro para el rechazo de la luz parásita, incluidos los deflectores y la caja trampa de luz, y cámaras. Según los investigadores, el diseño del túnel es fundamental para conseguir una falta de uniformidad de la irradiancia superior al 1%. Se necesitan cámaras atrapa-luz más cercanas a la lámpara y deflectores distribuidos a lo largo del túnel para suprimir eficazmente la luz parásita y garantizar que sólo la luz reflejada por el espejo colimador llegue al plano de medición.

El simulador se basa en un enfoque multiflash con la lámpara de flash de xenón disparada mientras el módulo está polarizado a un voltaje diferente en cada pulso de flash, registrando diferentes pares de puntos de corriente-voltaje durante el decaimiento del pulso. El sistema de iluminación consiste en un colimador redondo con un diámetro de 2 m y una distancia focal de 6 m, y una pequeña lámpara de destello toroidal de 65 mm de diámetro para obtener un haz colimado con una divergencia de 0,3 grados, que se asemeja a la irradiancia normal directa (DNI) en condiciones exteriores.

El diseño del simulador solar, la configuración y los resultados de las pruebas se presentan en el artículo “Collimated solar simulator for curved PV module characterization” (Simulador solar colimado para la caracterización de módulos fotovoltaicos curvos), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.

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